Claudia Frank. Nitrifikation und N-Mineralisation in sauren und Dolomit-gekalkten Nadelwaldböden im Fichtelgebirge

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Calvin Ackermann
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1 Claudia Frank Nitrifikation und N-Mineralisation in sauren und Dolomit-gekalkten Nadelwaldböden im Fichtelgebirge Dissertation aus dem Institut für Mikrobiologie der Universität Bayreuth Mai 1996 gefördert aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) Vorhaben-Nr. PT BEO A und B Bayreuther Forum Ökologie Band 36 /1996 ISSN

2 INHALTSVERZEICHNIS Seite 1. EINLEITUNG Definition der Nitrifikation Chemolithoautotrophe Nitrifikation - Organismen und Stoffwechsel Heterotrophe Nitrifikation - Organismen und Stoffwechsel Nitrifikation in sauren Böden 1.5 Bedeutung der Nitrifikation in sauren Waldböden Ziele der Arbeit 7 v 4 2. UNTERSUCHUNGSSTANDORTE IM FICHTELGEBIRGE Lage und Waldbild Klima und Immissionssituation Geologie und Boden MATERIAL UND METHODEN Probennahme, Aufbereitung und Lagerung Messung bodenphysikalischer Parameter Trockengewicht und gravimetrischer Wassergehalt Maximale Wasserhaltekapazität Wasserpotential Bodentemperatur Messung bodenchemischer Parameter, ph-wert Anorganische Stickstoffverbindungen Extraktion von Ammonium, Nitrit und Nitrat Entfernung löslicher Huminstoffe Analyse von Ammonium, Nitrit und Nitrat Berechnung der Konzentrationen an Ammonium-, Nitrit- und Nitrat-Stickstoff Bestimmung der lonenkonzentration in wässrigen Bodenextrakten Herstellung wässriger Bodenextrakte Bestimmung des Komplexierungsgrades von Kationen lonenanalyse C/N-Verhältnis Messung von Säuerstoff Behandlung von Streu- und Mineralbodenproben Erhöhung des ph-wertes im Boden Einstellung des Wassergehaltes Einstellung des Wasserpotentials 22

3 3.5.4 Supplementierung mit Stickstoffverbindungen und anderen chemischen Zusätzen Hemmung der Ammoniummonooxygenase mit Ethin Messung der Netto-Ammonifikation und Netto-Nitrifikation Netto-Ammonifikation und Netto-Nitrifikation in gestörten Bodenproben im Laborversuch Netto-Ammonifikation und Netto-Nitrifikation in ungestörten Bodenproben im Freilandversuch Berechnung der Stickstoffgehalte auf die Fläche Bestimmung des Nitratverbrauchs Bestimmung der Populationsdichte chemolithoautotropher Nitrifikanten Verdünnungs-, Ammoniumoxidations- und Nitritoxidationsmedium Bestimmung der wahrscheinlichsten Zellzahl chemolithoautotropher Nitrifikanten Qualitativer Nachweis von Nitrit und Nitrat Herstellung von Ethin Statistische und mathematische Analysen Chemikalien ERGEBNISSE Charakterisierung der Untersuchungsstandorte Bodenphysikalische und bodenchemische Parameter Netto-Ammonifikation und Netto-Nitrifikation Jahreszeitlicher Verlauf der Netto-Ammonifikation und Netto-Nitrifikation sowie der Bodenparameter Jahreszeitlicher Verlauf der Aktivitäten sowie der Bodenparameter in der Streu Jahreszeitlicher Verlauf der Aktivitäten sowie der Bodenparameter im Mineralboden Zusammenhänge zwischen den N-Mineralisationsaktivitäten und Bodenparametern Zusammenhänge zwischen den Aktivitäten und Bodenparametern in der Streu Zusammenhänge zwischen den Aktivitäten und Bodenparametem im Mineralboden Regulationsfaktoren der Netto-Nitrifikation in sauren und Dolomit-gekalkten Nadelwaldböden im Fichtelgebirge ph-wert 57

4 Abhängigkeit der Netto-Nitrifikation vom ph-wert der Streu Reaktion der Nitrifikation nach Neutralisation der Streu mit verschiedenen Agenzien Einfluß des ph-wertes auf die Netto-Nitrifikation im Mineralboden Einfluß der Inkubationsdauer auf die Nitrifikation in saurer und neutralisierter Nadelstreu Substratverfügbarkeit Wirkung verschiedener Substrate auf die Nitrifikation Einfluß von Ammonium auf die Nitrifikation im Mineralboden Einfluß von Kohlenstoffquellen und Ammonium auf die Nitrifikation Temperatur Wasserpotential und Wassergehalt Regulationsfaktoren der Netto-Ammonifikation und Netto-N- Mineralisation in sauren und Dolomit-gekalkten Nadelwaldböden im Fichtelgebirge ph-wert und Ammonium Temperatur Wasserpotential und Wassergehalt Vergleich der Netto-N-Mineralisationsaktivitäten aus Freiland- und Laborversuchen sowie der Versuch einer Simulation der Aktivitäten unter Freilandbedingungen Differenzierung nitrifizierender Aktivitäten in saurer und Dolomit-gekalkter Nadelstreu Hemmung der Ammoniumoxidation mit Ethin Differenzierung zwischen pro- und eukaryotischer Nitrifikationsaktivität Populationsdichte chemolithoautotropher Nitrifikanten Nitratverbrauch in saurer und Dolomit-gekalkter Nadelstreu DISKUSSION Vertikale Verteilung der Nitrifikation und N-Mineralisation saurer und Dolomit-gekalkter Nadelwaldstandorte Steuerung der Nitrifikation in sauren und Dolomit-gekalkten Nadelwaldböden durch unterschiedliche Effektoren Steuerung der Nitrifikation in der Streu ph-wert Substratverfügbarkeit Temperatur Wasserpotential 113

5 Modell zur Regulation der Nitrifikation und Ammonifikation bei niedrigen und hohen ph-werten Steuerung der Nitrifikation im Mineralboden Analyse der nitrifizierenden Mikroflora in saurer und Dolomit-gekalkter Nadelstreu Einfluß verschiedener Regulationsfaktoren auf die jahreszeitlichen Verläufe der N-Mineralisationsaktivitäten Netto-Nitrifikation Netto-Ammonifikation und Netto-N-Mineralisation Vergleich modellierter N-Mineralisationsaktivitäten mit Freilandaktivitäten Bewertung der Nitrifikationsaktivitäten ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY LITERATURVERZEICHNIS ANHANG

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